(57)【要約】【課題】  この発明は、水素生成機能を有する内燃機関システムに関し、システムを複雑化することなく、有機ハイドライドを含む水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを効率良く分離させることを目的とする。【解決手段】  有機ハイドライドを含む水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する脱水素反応器３０を備える。脱水素反応器３０により生成された水素リッチガスと脱水素生成物とを分離する分離装置３８を備える。分離装置３８の内部に、エンジン冷却水を冷媒として利用し、水素リッチガスおよび脱水素生成物を冷却させる熱交換器を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライドを含む水素化燃料を内燃機関の排熱を利用して加熱することにより水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する燃料生成手段と、
前記燃料生成手段により生成された前記水素リッチガスと前記脱水素生成物とを分離する燃料分離手段とを備え、
前記燃料分離手段は、前記水素リッチガスおよび前記脱水素生成物を、車両に他の用途で搭載される冷媒を利用して冷却させる燃料冷却手段を備えることを特徴とする水素生成機能を有する内燃機関システム。
【請求項２】
前記冷媒は、内燃機関を冷却するエンジン冷却水であることを特徴とする請求項１記載の水素生成機能を有する内燃機関システム。
【請求項３】
前記冷媒は、内燃機関の内部を循環するエンジン潤滑油であることを特徴とする請求項１記載の水素生成機能を有する内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素生成機能を有する内燃機関システムに係り、特に、車両上で水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する水素生成機能を有する内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００３−３４３３６０号公報に開示されるように、水素生成機能を有する内燃機関のシステムが知られている。このシステムは、具体的には、デカリン等の有機ハイドライドを含む水素化燃料を原料として、水素リッチガスと、ナフタレン等の脱水素生成物とを生成する機構、並びに、生成された水素リッチガスを燃料として作動する水素エンジンを備えている。
【０００３】
上記従来のシステムは、水素エンジンの作動中に、その作動に伴って発生する熱を利用して、水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する。このシステムは、これらの水素リッチガスと脱水素生成物とを分離する分離装置を備えている。この分離装置内では、水素リッチガスおよび脱水素生成物が自然冷却されることにより、脱水素生成物が液化し、その結果として、水素リッチガスと脱水素生成物とが分離される。このため、上記従来のシステムによれば、分離装置により取り出された水素リッチガスを水素エンジンの燃料として使用することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のシステムにおいて、水素リッチガスおよび脱水素生成物は、その生成の過程で加熱されて高温となっている。このため、上記従来のシステムが行う自然冷却による冷却分離手法では、高温状況下にある分離装置内の水素リッチガスと脱水素生成物とを効果的に冷却することが困難であり、両者の分離を十分に促すことができない。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、システムを複雑化することなく、有機ハイドライドを含む水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを効率良く分離させることのできる水素生成機能を有する内燃機関システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライドを含む水素化燃料を内燃機関の排熱を利用して加熱することにより水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する燃料生成手段と、
前記燃料生成手段により生成された前記水素リッチガスと前記脱水素生成物とを分離する燃料分離手段とを備え、
前記燃料分離手段は、前記水素リッチガスおよび前記脱水素生成物を、車両に他の用途で搭載される冷媒を利用して冷却させる燃料冷却手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記冷媒は、内燃機関を冷却するエンジン冷却水であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記冷媒は、内燃機関の内部を循環するエンジン潤滑油であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、有機ハイドライドを含む水素化燃料から生成された水素リッチガスと脱水素生成物とを、車両に既存の冷媒を利用する燃料冷却手段により積極的に冷却することができる。このため、本発明によれば、新たに冷却装置を追加する必要なく、水素リッチガスと脱水素生成物とを効率良く分離することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、内燃機関が備える既存のエンジン冷却水を冷媒として、水素リッチガスと脱水素生成物とを冷却した後に分離することができる。また、本発明によれば、内燃機関の始動時には、高温の水素リッチガスおよび脱水素生成物と熱交換することにより、エンジン冷却水温度が早期に上昇する。このため、本発明によれば、始動時における内燃機関の燃焼改善およびエミッション改善を実現することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、内燃機関が備える既存のエンジン潤滑油を冷媒として、水素リッチガスと脱水素生成物とを冷却した後に分離することができる。また、本発明によれば、内燃機関の始動時には、高温の水素リッチガスおよび脱水素生成物と熱交換することにより、エンジン潤滑油温度が早期に上昇する。このため、本発明によれば、始動時における内燃機関の燃焼改善およびエミッション改善を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関システムの構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気管１２および排気管１４が連通している。吸気管１２には、スロットルバルブ１６の下流に、水素供給用インジェクタ１８とガソリン供給用インジェクタ２０が配置されている。
【００１５】
水素供給用インジェクタ１８には、水素供給管２２を介して水素バッファタンク２４が連通しており、水素バッファタンク２４に水素リッチガスが十分に貯留されていることを条件に、レギュレータにより調整された圧力で水素リッチガスが供給されている。また、ガソリン供給用インジェクタ２０には、ガソリン供給管２６を介してガソリンタンク２８が連通しており、ポンプにより汲み上げられたガソリンタンク２８内のガソリンが所定の圧力で供給されている。
【００１６】
排気管１４には、脱水素反応器３０が装着されている。また、脱水素反応器３０の上部には、水素化燃料インジェクタ３２が組み付けられている。水素化燃料インジェクタ３２には、水素化燃料供給管３４を介して水素化燃料タンク３６が連通している。水素化燃料タンク３６は、有機ハイドライドを含む水素化燃料を貯留するためのタンクである。水素化燃料インジェクタ３２には、ポンプにより汲み上げられた水素化燃料タンク３６内の水素化燃料が所定の圧力で供給されている。水素化燃料インジェクタ３２は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素化燃料を脱水素反応器３０の内部に供給することができる。
【００１７】
ここで、「有機ハイドライド」とは、デカリンやシクロヘキサンのように、３００℃程度の温度で脱水素化反応を起こす炭化水素成分を意味する。本実施形態では、説明の便宜上、この「有機ハイドライド」はメチルシクロヘキサンＣ７Ｈ１４であるものとし、そのメチルシクロヘキサンＣ７Ｈ１４のみを含む燃料を、つまり、実質的に１００％のメチルシクロヘキサンで構成された燃料を「水素化燃料」として用いるものとする。
【００１８】
脱水素反応器３０は、内燃機関１０の排熱、より具体的には、排気管１４から放射される排気熱を利用して、その中に供給される水素化燃料から水素リッチガスと脱水素生成物とを生成する機能を有している。本実施形態では、上記の如く、水素化燃料が１００％のメチルシクロヘキサンＣ７Ｈ１４で構成されている。メチルシクロヘキサンＣ７Ｈ１４は、脱水素反応により、下記の通り水素Ｈ２とトルエンＣ７Ｈ８とが生成される。
Ｃ７Ｈ１４→Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２        ・・・（１）
【００１９】
脱水素反応器３０の下部は、水素化燃料供給管３４を介して分離装置３８が連通している。このため、本実施形態において、水素化燃料インジェクタ３２から水素化燃料が噴射されると、分離装置３８には、脱水素反応器３０で生成された水素リッチガスとトルエンＣ７Ｈ８とが供給されることとなる。
【００２０】
分離装置３８は、脱水素反応器３０から供給される高温の水素リッチガスおよび脱水素生成物（トルエン）を冷却して、それらを分離する機能を有している。分離装置３８の底部には、冷却されることにより液化した脱水素生成物を貯留しておくための液体貯留スペースが設けられている。また、その貯留スペースの上方には、気体のまま残存する水素リッチガスを貯留するための気体貯留スペースが確保されている。
【００２１】
上記気体貯留スペースは、水素管路４０を介して上述した水素バッファタンク２４と連通している。一方、上記液体貯留スペースは、脱水素生成物管路４２を介して分流器４４と連通している。本実施形態のシステムは、脱水素生成物を貯留する脱水素生成物タンク４６を備えている。分流器４４は、ガソリンタンク２８と脱水素生成物タンク４６とに、それぞれ管路を介して連通している。本実施形態のシステムによれば、必要に応じて分流器４４を制御することにより、液体貯留スペース内の脱水素生成物をガソリンタンク２８に、あるいは、脱水素生成物タンク４６に流入させることができる。
【００２２】
本実施形態のシステムは、内燃機関１０が発生させる熱を放熱させるためのラジエータ４８を備えている。ラジエータ４８は、ラジエータ入口管路５０およびラジエータ出口管路５２を介して内燃機関１０のエンジン冷却水路５４と連通している。これらのラジエータ４８、ラジエータ入口管路５０、ラジエータ出口管路５２、およびエンジン冷却水路５４の内部には、エンジン冷却水が充填されている。エンジン冷却水は、図示しないウォータポンプによって圧送されることにより、図１中に示す矢印の方向で、ラジエータ４８とエンジン冷却水路５４との間を循環するものである。
【００２３】
また、本実施形態のシステムは、分離装置３８とラジエータ４８との間で、エンジン冷却水を循環させる冷却水管路を備えている。具体的には、ラジエータ４８で冷却された直後のエンジン冷却水を分離装置３８に供給するための冷却水供給管路５６と、分離装置３８からラジエータ４８の入口部にエンジン冷却水を戻すための冷却水還流管路５８とを備えている。そして、冷却水供給管路５６には、その途中に、ラジエータ４８と分離装置３８との間でエンジン冷却水を循環させるためのポンプ６０が設置されている。このような構成によれば、ラジエータ４８により冷却された直後の冷却水、つまり、最も温度が低い状況下にあるエンジン冷却水を分離装置３８に導くことができる。
【００２４】
分離装置３８の内部では、脱水素生成物が冷却されることにより液化する。その結果、脱水素生成物と水素リッチガスとが分離される。有機ハイドライドを含む水素化燃料から生成される脱水素生成物の沸点は１１０℃〜１２０℃程度であり、また、本実施形態で生成されるトルエンの沸点は１１１℃である。一方、エンジン冷却水は、内燃機関１０の通常運転時では約９０℃となるように制御されている。このように、エンジン冷却水温度は、脱水素生成物の沸点より低くなる。
【００２５】
そこで、本実施形態のシステムでは、上記の如く、分離装置３８にエンジン冷却水を供給することにより、エンジン冷却水を冷媒として、脱水素反応器３０から導入された水素リッチガスおよび脱水素生成物を強制冷却させることとしている。より具体的には、分離装置３８の内部に備える熱交換器にエンジン冷却水を循環させることにより、水素リッチガスおよび脱水素生成物を冷却している。以下、図２を参照して、分離装置３８の内部構造について説明する。
【００２６】
図２は、図１に示す分離装置３８の内部構造を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、分離装置３８の内部を側面方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、分離装置３８の要部を図２（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、分離装置３８の内部には、熱交換室６２と分離室６４が形成されている。熱交換室６２には、水素リッチガスおよび脱水素生成物とエンジン冷却水とを熱交換させる熱交換器６６が配置されている。また、分離室６４には、既述した液体貯留スペースおよび気体貯留スペースが確保されている。
【００２８】
ポンプ６０が駆動されると、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、冷却水供給管路５６から熱交換器６６を介して冷却水還流管路５８に向かう方向に、エンジン冷却水が流通する。この際、脱水素反応器３０から熱交換室６２内に導入された水素リッチガスと脱水素生成物（気体）が、熱交換器６６内を流通するエンジン冷却水と直交するように熱交換器６６を通過することにより冷却される。その結果、脱水素生成物が液化する。液化した脱水素生成物は、気体のまま残存する水素リッチガスと共に分離室６４に流入する。そして、分離室６４内で、水素リッチガスと脱水素生成物とが分離され、既述した通り、脱水素生成物が液体貯留スペースに、水素リッチガスが気体貯留スペースに、それぞれ貯留される。
【００２９】
以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、分離装置３８内にエンジン冷却水を冷媒とする熱交換器６６を備え、エンジン冷却水により水素リッチガスと脱水素生成物とを強制冷却することとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０が備える既存のエンジン冷却水を冷媒として利用することにより、新たな冷却装置を追加することなく、水素リッチガスと脱水素生成物とを確実に冷却することができ、その結果、両者を効率良く分離することができる。
【００３０】
また、本実施形態のシステムによれば、エンジン冷却水を水素リッチガスおよび脱水素生成物と熱交換させることにより、内燃機関１０の始動時において、エンジン冷却水温度を所定の制御温度にまで早期に上昇させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、早期暖気の完了により、始動時における内燃機関１０の燃焼改善およびエミッション改善を実現することができる。
【００３１】
ところで、上述した実施の形態１においては、分離装置３８の熱交換器６６に用いる冷媒として、エンジン冷却水を利用することとしているが、内燃機関１０が備える既存の冷媒を利用して、水素リッチガスおよび脱水素生成物を冷却する手法はこれに限定されるものではない。すなわち、冷媒は、内燃機関１０の内部を循環するエンジン潤滑油であってもよい。
【００３２】
尚、上述した実施の形態１においては、脱水素反応器３０が前記第１の発明における「燃料生成手段」に、分離装置３８が前記第１の発明における「燃料分離手段」に、熱交換器６６が前記第１の発明における「燃料冷却手段」に、それぞれ相当している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す分離装置の内部構造を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  内燃機関
３０  脱水素反応器
３２  水素化燃料インジェクタ
３８  分離装置
４８  ラジエータ
５６  冷却水供給管路
５８  冷却水還流管路
６０  ポンプ
６２  熱交換室
６４  分離室
６６  熱交換器
【図１】
2005299498.tif 000003
【図２】
2005299498.tif 000004